Мокрый помол по “украински”

1. Введение

В мировой практике существуют несколько технологических схем производства спирта из крахмалосодержащего сырья. Одним из принципиальных их различий, является метод помола зерна. Один называют «мокрым помолом», второй «сухим помолом».

Под мокрым помолом подразумевают схему переработки зерна с выделением как отдельных продуктов – отрубей, зародыша, глютена, муки, крахмала. Реализацию этих продуктов как отдельных товаров. При этом выделенные мука, крахмал частично или полностью могут быть переработаны в спирт.

Ниже приводится технологическая схема метода мокрого помола.

Под сухим помолом подразумевают более простую схему переработки зерна, когда цельное сухое зерно измельчается на молотковых или иного вида дробилках с получением муки достаточной степени измельчения для того, чтобы осуществить температурный и фементативный гидролиз. Затем мука смешивается с водой, разваривается и охлаждается. Следующие стадии - засев спиртовыми дрожжами, брожение и перегонка бражки у обоих методов одинаковы.

 Ниже приводится технологическая схема метода сухого помола.

2. Сравнение методов переработки зерна на спирт
мокрым и сухим помолом.

• мокрый помол по сравнению с сухим более сложный и более энергоемкий, также он требует больше воды.
• время строительства и стоимость оборудования по методу мокрого помола намного больше, чем сухого.
• количество продуктов получаемых при мокром помоле больше и они могут быть реализованы как отдельные товары, за счет чего производство по этому методу не менее рентабельно, чем при сухом помоле.
• качество спирта может быть получено намного лучше, так как крахмал как сырье дает меньше примесей, чем цельное зерно.

3. Мокрый помол цельного зерна.

Несколько лет назад мы задались целью попробовать смолоть цельное зерно с водой для спиртовой промышленности. К этому нас подтолкнул успешный опыт переработки сырой кукурузы на Марыливском спиртовом заводе, для которого по настойчивой просьбе директора Ольшаковского Игоря Михайловича мы сделали первую мельницу мокрого помола, переделав центробежный насос.

Опытная мельница мокрого помола

Сначала мы изучили предыдущий опыт измельчения(или скорее доизмельчения) зерна на спиртовом производстве. Мы увидели, что практически все использовавшиеся ранее мельницы для этих целей были сконструированы по принципу дезинтегратора.

Начиная с конца прошлого столетия и начала нынешнего на многих спиртовых заводах Украины и других стран проводились опыты и внедрялись различные методы варки крахмалосодержащего сырья при низких температурах(ниже 100оС). Цель перехода на низкую температуру - прежде всего снижение потребления энергоносителей, так как в последнее время они растут угрожающе быстро. Экономическая целесообразность перехода на низкую температуру зависит от нескольких факторов прежде всего, цен на газ, ферменты, антисептики, но обычно если цена на газ превышает 200$ за 1000н.м3, низкотемпературная варка экономически однозначно существенно более выгодна по сравнению с высокотемпературной. Также переход на варку при низких температурах делает процесс более безопасным, так как емкости для варки находятся под давлением ниже атмосферного, следовательно не имеют избыточного давления и не подлежат регистрации в органах госгортехнадзора. Температура в них обычно снижается до 85-90оС для кукурузы, 65-70оС для пшеницы 60-65оС для ржи(однако это также зависит от сорта зерна и конкретных условий каждого завода, общее одно Т≤100оС.

Потери за счет теплоотдачи в окружающюю среду также снижаются. Кроме этого снижение температуры дает следующие преимущества:

1) В гораздо более меньшем количестве проходят сахар-аминные и прочие реакции связывающие сахара, приводящие к потерям сахара, который может идти на синтез спирта. При высоких температурах сусло всегда имеет более темный цвет, что является признаком прохождения подобных реакций.

2) Снижение количества веществ, которые при перегонке, дают примеси ухудшающие качество спирта.
3) Увеличивается питательная ценность зерновой барды.

4) Требования к технологическому персоналу становятся выше(соответственно оплата их труда тоже должна быть большей), так как производство спирта с проведением процесса низкотемпературной варки крахмалосодержащего сырья, требует больших знаний, факторов влияющих на производство становиться больше, ответственность за принятие правильных решений становиться выше.

После многолетних опытов на разных спиртовых заводах сформировались необходимые и достаточные условия для осуществления процесса низкотемпературной варки крахмалосодержащего сырья в спиртовом производстве, которые приводятся ниже:

а) – обеспечение качественного помола зерна

• возникновение проблемы – поскольку при низкой температуре степень разваривания за счет температурного гидролиза существенно снижается ее необходимо компенсировать механическим помолом;

• решение проблемы – вариант №1 использовать более мелкие сита на молотковых дробилках (что приводит к повышенным затратам электроэнергии);
  вариант №2 использовать специальные мельницы мокрого помола домалывающие муку в воде до необходимой степени помола.

б) – использование комплекса ферментов

• возникновение проблемы – поскольку при низкой температуре степень разваривания за счет температурного гидролиза существенно снижается ее необходимо компенсировать дополнительными ферментами

• решение проблемы – использовать дополнительно ферменты для гидролиза некрахмалистых полисахаридов, такие как ксилоназа, β-глюконаза, целлюлаза и т.п.;

в) – использование антисептика

• возникновение проблемы – поскольку при низкой температуре не присходит процесса стерилизации сусла, посторонняя микрофлора не уничтожается полностью, начинает развиваться еще в чанке замеса и конкурировать с со спиртовыми дрожжами в чанах и дрожжанках;

• решение проблемы – мероприятия - температуру замеса должна быть не ниже 65*С(пастеризация), чтобы живые клетки посторонней миклофлоры не размножались. Провести ревизию трубопроводов, арматуры, емкостного оборудования, “дыхалок” таким образом, чтобы исключить застойные зоны, тупиковые участки, все точки где может накапливаться и развиваться посторонняя микрофлора и таким образом “засевать” сусло своими бактериями еще до попадания в него спиртовых дрожжей. Более тщательно проводить дезинфекцию и пропаривание. Использовать специальные антисептирующие средства с задачей их в сусло. Требования к таким антисептикам
  
  • Избирательное действие не ингибирующее спиртовые дрожжи;
  • Отсутсвие антисептика в готовом продукте и в барде, что достигается обычно тем, что антисептик разлагается на элементарные соединения в процессе браго-ректификации;

г) – автоматическое управление и контроль за температурой и рН замеса

• решение проблемы – установить промышленные (надежные) датчики рН и температуры в чанок замеса, либо в трубопровод(что более правильно)  передачи замеса в ферментер. Систематически проводить поверку этих датчиков.

д) – автоматическое управление и контроль за расходами зерна, воды, фильтрата барды и ферментов

• возникновение проблемы – поскольку неверное соотношение этих потоков может привести к неполному гидролизу крахмала и соответсвенно к недополучению спирта.

• решение проблемы – установить расходомеры на все вышеперечисленные потоки, а ферменты использовать только жидкие и в концентрированном виде, задавая их насосами дозаторами и контролируя расход весовым методом. . Как дополнительная мера могут использоваться ферментные комплексы работающие непосредственно в процессе брожения (прежде всего кислая а-амилаза).

е) – постоянный микробиологический контроль замеса, сусла, бражки

• возникновение проблемы – поскольку возникает повышенная опасность инфицирования, необходим систематический  контроль микробиологического состояния замеса, сусла, бражки, для того, чтобы вовремя определить момент, когда необходимо провести дезинфекцию.
  
• решение проблемы – необходимо в штате производственной лаборатории иметь одного работника, отвечающего только за микробиологическое состояние производства. Необходим хороший микроскоп, лучше с видеокамерой подключенной к компьютеру для возможности проведения конференцанализа по микробиологии и гидролизу крахмала.
  

К каждому из этих пунктов пришли методом проб и ошибок, с потерями в производстве и с последующими достижениями. Невыполнение хотя бы одного из пунктов приводит к тому, что технология в целом не работает. Если сэкономить на ферментах(не будет полного гидролиза!), сэкономить на антисептике(дешевый, но неработающий, не будет защиты дрожжам от бактерий!), сэкономить на лаборатории(не будет должного микробиологического контроля за производством и рано или поздно разрастется инфекция!), если не контролировать рН и температуру в чанке замеса (ферменты могут “недоработать”, или вообще не работать!), сэкономить на автоматизации (практически нереально будет выдержать соотношение всех потоков и параметров! Как результат перерасход ферментов и недовыхода), сэкономить на зарплате ( не получите должного ответственного отношения технологического персонала к процессу и снова неудача!). Если же выполнять все условия получаются очень хорошие результаты с экономией тепла, электроэнергии, и хорошим качеством спирта. Все описать в отдельной статье невозможно поэтому в если Вам это интересно читайте статьи “Мокрый помол по “украински”, “Ферментативный гидролиз крахмалосодержащего сырья в спиртовом производстве”, “Автоматическое управление и контроль при низкотемпературной варке”.

Директор ООО «ЮГОВ» Юрий Грищенко